JP2018504544A - 冷却孔の列に沿った長尺の連続的なエングレービング - Google Patents

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Abstract

連続的な長尺のエングレービングによって、断熱皮膜の破損作用が低減され、かつＴＢＣの耐用期間が延長される。

Description

本発明は、長尺のエングレービングが冷却孔の列に沿って設けられているセラミック表面構造に関するものである。
大きな負荷が掛けられるタービンブレードおよびベーンは、高い熱負荷に耐えることができるように、さまざまな保護技術を適用する必要がある。そうしたタービンブレードおよびベーンの前段は、セラミックコーティングおよびフィルム冷却技術ならびに内部冷却を必要としている。
そうした技術を適用することは、それらの組み合わせが運転中に機能するとともに破砕が起こらないかまたは冷却孔の閉塞が観察されない限りは、有益である。フィルム冷却孔の製造は、セラミックコーティングの破砕の理由の１つとなり得る。レーザドリル加工のうち複数のパラメータがセラミックコーティングにクラックを引き起こし、その後、セラミックコーティングは破片となり、構成要素の動作の妨げとなることがある。その一方で、ドリル加工は低エネルギーでは実施されないという事実のために、レーザドリル加工のエネルギーを非常に低いレベルまで低減することができない。
それゆえ本発明の目的は、セラミックコーティングの耐用期間を向上させかつＴＢＣの破砕全体を防止することである。
この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載のセラミック表面構造によって解決される。
特許請求の範囲の従属請求項には、新たな付加的な利点が生じるよう互いに任意に組み合わせることができるさらなる展開例が開示されている。
ＴＢＣの表面および冷却孔の列を示す平面図である。 図１の断面図を示す図である。 ＴＢＣの表面および冷却孔の列を示す平面図である。 ＴＢＣの表面および冷却孔の列を示す平面図である。
ポリマーマスキングを実施することによって、図１から図４に示されたデザインを導入することができる。ポリマーマスキングは、冷却孔に沿ってセラミックのない領域を提供する。この製造手順は以下の利点を有する：
・エングレービングは、レーザーエングレービング中のボンドコートの厚さを減少させない
・このステップは、コーティング中に実施できる
・成形およびコーティングにずれが生じた場合、ポリマーマスキングはボンドコートの厚さに影響を与えない。
そうしたセラミックのない領域の幅は、１〜２ｍｍの間で変化してもよい。
エングレービングの有益な効果としてその破砕挙動が挙げられる。破砕時に、破砕された領域は、広い領域に広がらない。エングレービングの別の有益な効果として、高温ガス流をゴルフボールのディンプルのように強制的に離れないようにする、ＡＰＳのない領域に起因して導入される渦が挙げられる。工程中、ＡＰＳ平滑化処理と同様にセラミックコーティングを平滑化するステップは、エッジの破壊に役立つ。
エングレービングには以下のような有益な効果がある：
・現在のデザインを用いて組み込み可能である
・破砕時に、限られた領域のみに影響を及ぼす
・作業時の危険性を低減する
・レーザードリル加工後の再加工を低減する
・すべての破砕の危険性に曝されている冷却孔列に適用可能である
・ベーンおよびブレードに適用可能である
図１は、セラミックコーティング２５（図２）の平面図である。遮熱コーティング２５（ＴＢＣ）は、基板２２（図２）を有する構成要素１の一部であり、基板２２の上に遮熱コーティング２５が付与されている。この構成要素１は、構成要素１の使用中に矢印１３に従って（特に冷却孔１０’，１０”・・・の列７の方向１４に対してほぼ垂直する方向に）熱ガスがオーバーフローする冷却孔１０’，１０”・・・からなる少なくとも１つの列７を有する。方向１４は、直線であるか、あるいは最大２５°の勾配の１回または２回だけの変化を有する。
冷却孔１０’，１０”・・・の列７の方向１４に沿って、特に列７の手前におけるエングレービング１６および／または列７の後方における第２のエングレービング１９のみが設けられている。
これらのエングレービング１６，１９は、連続的な、特にＴＢＣ２５においては直線的なエングレービングである。
エングレービング１６，１９，２０，１１６，２１６，３１（図３，４）は無限ではなく、例えば円形や四角形や閉ループ状のものではない。
エングレービング１６，１９，２０，１１６，２１６，３１は、特に列７の始まりから生じ、列７の終端で終結する。
互いに隣接する、１つの列７の前後における２つのエングレービング１６，１９，２０，１１６，２１６，３１の間の距離は、特に１ｍｍ〜２ｍｍである。
さらに、エングレービングは、ＴＢＣ２５のみに配置することもできる。
図２から明らかなように、エングレービング１６，１９は、基板２２までの深さを有する。
なお、基板２２の表面を、ＮｉＣｏＣｒＡｌおよび任意選択的な添加剤（Ｙ、Ｒｅ、Ｓｉ、Ｔａ・・・）などの金属ボンドコートで被覆できる。
図３、図４には、湾曲した形態のエングレービング２０，１１６，２１６，３１を示しており、対向する湾曲したエングレービング１１６，２０；２１６，３１の間の距離は、２つの冷却孔１０’，１０”の間でより小さくなる。これらエングレービング１１６，２０；２１６，３１は、直線的ではなく（図４）、直線的なエングレービングおよび複数回湾曲しているエングレービングの組み合わせ（図３）である。
７ 冷却孔の列
１０’，１０” 冷却孔
２２ 基板
２５ セラミックコーティング
１６，１９，２０，１１６，２１６，３１ エングレービング

Claims (13)

  1. 構成要素（１）であって、
    基板（２２）と、
    前記基板（２２）上におけるセラミック遮熱コーティング（２５）と、
    前記基板（２２）におけるかつ前記遮熱コーティング（２５）における、所定の方向（１４）に沿った冷却孔（１０’，１０”・・・）の少なくとも１つの列（７）と、
    を備えており、
    前記遮熱コーティング（２５）は少なくとも１つのエングレービングを有しており、
    前記少なくとも１つのエングレービングは、前記少なくとも１つの列（７）の前方および／または後方における前記方向（１４）に沿った長尺の連続エングレービング（１６，１９，１１６，２０，２１６，３１）であることを特徴とする構成要素。
  2. 前記エングレービング（１６，１９，２０）は直線的であることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
  3. 前記エングレービング（１１６，２１６，３１）は、複数回湾曲するものであることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
  4. 前記エングレービング（１６，１９，２０，１６６，２１６，３１）は、長尺でありかつ連続的であり、かつ互いに接続されておらずあるいは無限でないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の構成要素。
  5. 複数のエングレービング（１６，１９，２０，１１６，２１６，３１）が、前記遮熱コーティング（２５）に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の構成要素。
  6. 前記エングレービング（１６，１９，１１６，２０，２１６，３１）は、１つの列（７）の前方および後方にのみ配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の構成要素。
  7. 前記基板（２２）は金属オーバーレイコーティングを有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の構成要素。
  8. 前記エングレービング（１６，１９，２０，１６６，２１６，３１）は、前記基板（４）上の金属コーティングの外面に到達する深さを有することを特徴とする請求項７に記載の構成要素。
  9. 前記エングレービング（１６，１９，２０，１６６，２１６，３１）は、遮熱コーティングにのみ設けられており、前記基板（４）または金属被膜には到達しないことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の構成要素。
  10. 前記エングレービング（１６，１９，１１６，２１６，３１）は、列（７）の始まりから生じ、かつ列（７）の終端において終結することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の構成要素。
  11. 前記エングレービング（１６，１９，１１６，２１６，３１）の双方は、１ｍｍ〜２ｍｍの、オーバーフロー方向（１３）に沿った互いに対する距離を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の構成要素。
  12. 直線的なエングレービング（２０）または湾曲したエングレービング（３１）に対する湾曲したエングレービング（１１６，２０；２１６，３１）の距離は、これらの２つのエングレービングの２つの冷却孔（１０’，１０”）の間においてより小さくなることを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれか一項に記載の構成要素。
  13. 前記基板（２２）は、ニッケルまたはコバルトベースの超合金であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の構成要素。
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